现代电弧炉炼钢热装铁水技术的再认识

D0L:10.13374h.issn1001-053x.2007.s1.032 第29卷增刊1 北京科技大学学报 Vol.29 Suppl.1 2007年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 现代电弧炉炼钢热装铁水技术的再认识 孙开明1,2) 张露2)温德松2) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)天津钢管集团有限公司，天津300301 摘要根据天津钢管电弧炉炼钢热装铁水的工艺实践指出：热装铁水技术不但可以提高经济效益，而且还能扩大电 弧炉熔炼钢种范围：对传统电弧炉和利用化学能炼钢的氧气转炉的熔池形状进行比较可知，利用电能和化学能相结合 的现代电弧炉熔池形状设计深度应介于传统电弧炉和氧气转炉之间：对热装铁水的成本变化和热装铁水效益全面比 较，结合热装铁水带来的负面影响，综合确定了现代电弧炉采用热装铁水的比例：铁水热装最佳方式是从炉后侧开口 兑入铁水：铁水温度≥1200℃：铁水中硅质量分数≤1.0%，最好≤0.5%. 关健词电弧炉炼钢：热装铁水：高效化 分类号TF741.5 1现代电弧炉炼钢高效化进展 传统电弧炉中，碳-氧反应是缩短治炼周期，提高钢 液质量的重要手段 20世纪50年代以来，连续铸钢技术的广泛应 由于现代电弧炉的功能发生了变化，采取了许 用大大促进了钢铁生产的高效化.提高电弧炉的治 多强化冶炼的新技术.现代电弧炉炼钢高效化技术 炼效率，使之与连铸相匹配已成为电弧炉炼钢发展 汇总于表1.除了传统的效应外，现代电弧炉中提 的核心问题. 高炉料配碳量的主要目的是为了增加化学热，强化 在高效化进程中，电弧炉炼钢朝着“单元化操 冶炼.碳-氧反应是提高生产效率、缩短治炼周期的 作”的方向发展，即，原来由电弧炉完成的治炼任务 重要手段 被分解为若干个功能单元，由几个治炼炉分别来完 2.2电弧炉炼钢热装铁水的作用 成：现代电弧炉炼钢已经从过去包括熔化、氧化、 电弧炉炼钢的炉料中必须配入一定比例的生 还原精炼、温度和成分控制以及质量控制的炼钢设 备变成了仅保留熔化、升温和少量的精炼功能（脱 铁，近年来由于强化供氧技术的应用，需要相应地 提高生铁的配入比例达30%一40%.现代电弧炉炼钢 碳、脱磷)的熔化器，那些只需要较低电弧功率的 采用的热装铁水最初主要是为了代替冷生铁，后来 工艺操作已被转移到钢包精炼炉内进行.治炼功能 发现热装铁水有诸多作用：①不仅利用了铁水的物 的分化，使得电弧炉炼钢周期大大缩短，生产效率 得到迅速提高山， 理热，而且又不失去生铁提高炉料配碳量、增加化 学能和稀释有害元素含量的特点.②改变了炉料的 2现代电弧炉炼钢的热装铁水技术 初始状态，即将部分固态炉料变为液态，这有利于 形成熔池，快速熔化冷废钢：有利于提高氧气利用 2.1电弧炉炼钢过程中的碳-氧反应 效率，强化供氧效果：有利于形成泡沫渣，提高供 传统的电弧炉炼钢以废钢为原料，配加 电热效率：有利于缩短电弧加热时间，减少钢液吸 10%~15%的生铁（质量分数）以提高炉料中的配碳 氮：有利于提高生产效率，增加利润.③由于国内 量.钢液中的碳-氧反应生成一氧化碳气泡，在排 电力资源紧张，特别是季节性电力短缺严重，电价 出熔池的过程中强烈搅拌熔池，引起熔池沸腾.加 持续升高，加大了成本压力，热装铁水可以让电弧 速了熔池内各项反应，促进了钢液中的气体、非金 炉在能源与原料成本的平衡上求得经济效益最大 属夹杂物的上浮、排除，达到纯净钢液的效果，并 化.④使得电弧炉可以和转炉一样生产低氮钢，以 有利于溶池温度和化学成分的快速均匀.因而，在 及其他低有害元素的钢种. 收清日期：2007-02-01 修回日期：2007-04-15 作者简介：孙开明(1959一)，男，高级工程师，博士研究生

第 29 卷 增刊 1 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol.29 Suppl.1 2007 年 6 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun 2007 收稿日期：2007−02−01 修回日期：2007−04−15 作者简介：孙开明(1959—)，男，高级工程师，博士研究生 现代电弧炉炼钢热装铁水技术的再认识 孙开明 1,2) 张 露 2) 温德松 2) 1) 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 100083 2) 天津钢管集团有限公司, 天津 300301 摘 要 根据天津钢管电弧炉炼钢热装铁水的工艺实践指出：热装铁水技术不但可以提高经济效益，而且还能扩大电 弧炉熔炼钢种范围；对传统电弧炉和利用化学能炼钢的氧气转炉的熔池形状进行比较可知，利用电能和化学能相结合 的现代电弧炉熔池形状设计深度应介于传统电弧炉和氧气转炉之间；对热装铁水的成本变化和热装铁水效益全面比 较，结合热装铁水带来的负面影响，综合确定了现代电弧炉采用热装铁水的比例；铁水热装最佳方式是从炉后侧开口 兑入铁水；铁水温度≥1200℃；铁水中硅质量分数≤1.0%，最好≤0.5%． 关键词 电弧炉炼钢；热装铁水；高效化 分类号 TF 741.5 1 现代电弧炉炼钢高效化进展 20 世纪 50 年代以来，连续铸钢技术的广泛应 用大大促进了钢铁生产的高效化．提高电弧炉的冶 炼效率，使之与连铸相匹配已成为电弧炉炼钢发展 的核心问题． 在高效化进程中，电弧炉炼钢朝着“单元化操 作”的方向发展．即，原来由电弧炉完成的冶炼任务 被分解为若干个功能单元，由几个冶炼炉分别来完 成：现代电弧炉炼钢已经从过去包括熔化、氧化、 还原精炼、温度和成分控制以及质量控制的炼钢设 备变成了仅保留熔化、升温和少量的精炼功能（脱 碳、脱磷）的熔化器，那些只需要较低电弧功率的 工艺操作已被转移到钢包精炼炉内进行．冶炼功能 的分化，使得电弧炉炼钢周期大大缩短，生产效率 得到迅速提高[1]． 2 现代电弧炉炼钢的热装铁水技术 2.1 电弧炉炼钢过程中的碳−氧反应 传统的电弧炉炼钢以废钢为原料，配加 10%~15%的生铁（质量分数）以提高炉料中的配碳 量．钢液中的碳−氧反应生成一氧化碳气泡，在排 出熔池的过程中强烈搅拌熔池，引起熔池沸腾．加 速了熔池内各项反应，促进了钢液中的气体、非金 属夹杂物的上浮、排除，达到纯净钢液的效果，并 有利于溶池温度和化学成分的快速均匀．因而，在 传统电弧炉中，碳-氧反应是缩短冶炼周期，提高钢 液质量的重要手段． 由于现代电弧炉的功能发生了变化，采取了许 多强化冶炼的新技术．现代电弧炉炼钢高效化技术 汇总于表 1．除了传统的效应外，现代电弧炉中提 高炉料配碳量的主要目的是为了增加化学热，强化 冶炼．碳-氧反应是提高生产效率、缩短冶炼周期的 重要手段． 2.2 电弧炉炼钢热装铁水的作用 电弧炉炼钢的炉料中必须配入一定比例的生 铁，近年来由于强化供氧技术的应用，需要相应地 提高生铁的配入比例达 30%~40%．现代电弧炉炼钢 采用的热装铁水最初主要是为了代替冷生铁，后来 发现热装铁水有诸多作用：①不仅利用了铁水的物 理热，而且又不失去生铁提高炉料配碳量、增加化 学能和稀释有害元素含量的特点．②改变了炉料的 初始状态，即将部分固态炉料变为液态．这有利于 形成熔池，快速熔化冷废钢；有利于提高氧气利用 效率，强化供氧效果；有利于形成泡沫渣，提高供 电热效率；有利于缩短电弧加热时间，减少钢液吸 氮；有利于提高生产效率，增加利润．③由于国内 电力资源紧张，特别是季节性电力短缺严重，电价 持续升高，加大了成本压力．热装铁水可以让电弧 炉在能源与原料成本的平衡上求得经济效益最大 化．④使得电弧炉可以和转炉一样生产低氮钢，以 及其他低有害元素的钢种． DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2007.s1.032

Vol.29 Suppl.1 孙开明等：现代电弧炉炼钢热装铁水技术的再认识 ·53 2.3热装铁水技术的应用效果 具有非常明显的效果（见表2和表3）) 据统计，国内目前34台60t以上电弧炉中已 热装铁水技术使电弧炉炼钢产量提高，成本降 经有22台采用了热装铁水技术).实践表明，现代 低，扩大了治炼钢种范围，使电弧炉钢的纯净度接 电弧炉热装铁水对于缩短治炼周期，降低电耗、氧 近或达到转炉钢的水平，相对于转炉而言，电弧炉 气消耗、电极消耗以及钢中有害元素含量等方面都 炼钢仍保持着治炼低磷钢和无渣出钢方面的优势， 表1电弧炉强化冶炼技术 目标 电弧炉强化治炼的新技术 提高输入功率 超高功率电弧炉、直流电弧炉、高阻抗及变阻抗交流电弧炉 泡沫渣埋弧，包括：水冷炉壁、水冷炉盖、长寿命耐火材料、碳粉喷枪 缩短 提高供电效率和功率因数 希 电极导电横臂、优化短网结构、优化供电制度、底吹搅拌技术 通电 短 增加化学热 水（气雾）冷超音氧枪、碳粉喷枪、热装铁水、氧燃烧嘴、二次燃烧 时间 治 增加物理热 热装铁水、废钢预热 炼 治炼功能的分化 炉外精炼、无渣出钢 周 减少设备故障时间 选用可靠性高的设备、强化设备点检 乡 缩短 缩短装料时间，减少装料技术 连续加DRI、连续加废钢、喷吹碳化铁 辅助 使用自动补炉机械及清炉门机械 点射补炉机械、旋转补炉机械、清炉门铲车 时间 快速测温、取样、分析 快速测温、取样器、快速分析 表2天津钢管150t电弧炉热装铁水后的电弧炉经济技术指标 的放和留困难，导致石灰利用率低，脱磷效果差， 治炼周期治炼电耗氧气消耗电极消耗 综合传统电弧炉的熔池形状（碟状）和利用化 炉料结构 /min /kw-ht)/(mt)/(kgt) 学能炼钢的氧气转炉的熔池形状（杯状），得出利 没有铁水，两次加料 67 400 45 1.35 用电能和化学能相结合的现代电弧炉的熔池形状应 15%铁水，一次加料 分 360 1.30 介于传统电弧炉和氧气转炉之间，应为“碗形”， 30%铁水，一次加料 310 37 1.20 见表44. 40%铁水，一次加料 48 290 37 1.20 天津钢管第二炼钢厂实际出钢量约为105t的 表3天津钢管150t电弧炉热装铁水后钢中有害元素含量的变化 90t超高功率电弧炉的熔池形状设计成“碗形”， 钢中有害元素质量分数/106 与第一炼钢厂熔池形状为“碟状”的150t(实际出 炉料结构 Sn As N 钢量约150t)超高功率电弧炉相比，在同是使用电 没有铁水，两次加料 90~100 80-90 110~120 弧热源、热铁水和强供氧的条件下，“碗形”熔池 15%铁水，一次加料 80~90 60~70 90~100 的电能和化学能都能有效利用，熔池钢水升温明显 30%铁水，一次加料 70-80 5060 70~85 加快，在泡沫渣良好的情况下，也能自由控制炉渣 40%铁水，一次加料 60~70 50~60 55~70 的放和留，石灰消耗也明显降低.不仅主要经济技 3电弧炉炼钢热装铁水技术再认识 术指标水平好（见表5），而且避免了因喷溅严重 造成的炉盖、炉壁沾渣现象 3.1电弧炉熔池形状 传统的电弧炉炼钢以电弧作为热源，为减少高 表4不同的电弧炉和转炉的熔池形状尺寸 温电弧对耐火材料的侵蚀、加快熔池钢水的热传导 熔池深熔池直熔池径深 治炼炉 以及有利于非金属夹杂物上浮，熔池形状设计得较 度，h/mm径，Dlmm比，D/h 天津钢管第一炼钢厂150t电弧炉 8806048 6.873 平浅，呈碟子形状. 天津钢管第二炼钢厂901电弧炉 9505100 5.368 现代电弧炉引入了强化供氧技术和热装铁水技 安钢100t电弧炉 880 5988 6.805 术，因而大量化学能（碳氧反应）会集中释放，而 安钢100t转炉 11704372 3.737 继续沿用传统电弧炉的熔池形状不但不能利用大量 集中释放的化学能，甚至还会因为喷溅严重，造成 3.2铁水热装的比例 炉盖、炉壁沾渣严重，影响正常治炼。此外，由于 由于熔池结构和除尘系统的局限，决定了电弧 炉内泡沫渣厚度加大，平浅的熔池形状使控制炉渣 炉采用热装铁水应该有一个最高比例，即通常所说

Vol.29 Suppl.1 孙开明等：现代电弧炉炼钢热装铁水技术的再认识 • 53 • 2.3 热装铁水技术的应用效果 据统计，国内目前 34 台 60 t 以上电弧炉中已 经有 22 台采用了热装铁水技术[2]．实践表明，现代 电弧炉热装铁水对于缩短冶炼周期，降低电耗、氧 气消耗、电极消耗以及钢中有害元素含量等方面都 具有非常明显的效果（见表 2 和表 3）[3]． 热装铁水技术使电弧炉炼钢产量提高，成本降 低，扩大了冶炼钢种范围，使电弧炉钢的纯净度接 近或达到转炉钢的水平．相对于转炉而言，电弧炉 炼钢仍保持着冶炼低磷钢和无渣出钢方面的优势． 表 1 电弧炉强化冶炼技术 目标 电弧炉强化冶炼的新技术 提高输入功率 超高功率电弧炉、直流电弧炉、高阻抗及变阻抗交流电弧炉 泡沫渣埋弧，包括：水冷炉壁、水冷炉盖、长寿命耐火材料、碳粉喷枪 提高供电效率和功率因数 电极导电横臂、优化短网结构、优化供电制度、底吹搅拌技术 增加化学热 水（气雾）冷超音氧枪、碳粉喷枪、热装铁水、氧燃烧嘴、二次燃烧 增加物理热 热装铁水、废钢预热 缩短 通电 时间 冶炼功能的分化 炉外精炼、无渣出钢 减少设备故障时间 选用可靠性高的设备、强化设备点检 缩短装料时间，减少装料技术 连续加 DRI、连续加废钢、喷吹碳化铁 使用自动补炉机械及清炉门机械 点射补炉机械、旋转补炉机械、清炉门铲车 缩 短 冶 炼 周 期 缩短 辅助 时间 快速测温、取样、分析 快速测温、取样器、快速分析 表 2 天津钢管 150 t 电弧炉热装铁水后的电弧炉经济技术指标 炉料结构 冶炼周期 /min 冶炼电耗 /(kW·h·t-1) 氧气消耗 /(m3 ·t-1) 电极消耗 /(kg·t-1) 没有铁水，两次加料 67 400 45 1.35 15%铁水，一次加料 55 360 39 1.30 30%铁水，一次加料 48 310 37 1.20 40%铁水，一次加料 48 290 37 1.20 表 3 天津钢管 150 t 电弧炉热装铁水后钢中有害元素含量的变化 钢中有害元素质量分数/10−6 炉料结构 Sn As N 没有铁水，两次加料 90～100 80～90 110～120 15%铁水，一次加料 80～90 60～70 90～100 30%铁水，一次加料 70～80 50～60 70～85 40%铁水，一次加料 60～70 50～60 55～70 3 电弧炉炼钢热装铁水技术再认识 3.1 电弧炉熔池形状 传统的电弧炉炼钢以电弧作为热源，为减少高 温电弧对耐火材料的侵蚀、加快熔池钢水的热传导 以及有利于非金属夹杂物上浮，熔池形状设计得较 平浅，呈碟子形状． 现代电弧炉引入了强化供氧技术和热装铁水技 术，因而大量化学能（碳氧反应）会集中释放，而 继续沿用传统电弧炉的熔池形状不但不能利用大量 集中释放的化学能，甚至还会因为喷溅严重，造成 炉盖、炉壁沾渣严重，影响正常冶炼．此外，由于 炉内泡沫渣厚度加大，平浅的熔池形状使控制炉渣 的放和留困难，导致石灰利用率低，脱磷效果差． 综合传统电弧炉的熔池形状（碟状）和利用化 学能炼钢的氧气转炉的熔池形状（杯状），得出利 用电能和化学能相结合的现代电弧炉的熔池形状应 介于传统电弧炉和氧气转炉之间，应为“碗形”， 见表 4[4]． 天津钢管第二炼钢厂实际出钢量约为 105 t 的 90 t 超高功率电弧炉的熔池形状设计成“碗形”， 与第一炼钢厂熔池形状为“碟状”的 150 t（实际出 钢量约 150 t）超高功率电弧炉相比，在同是使用电 弧热源、热铁水和强供氧的条件下，“碗形”熔池 的电能和化学能都能有效利用，熔池钢水升温明显 加快，在泡沫渣良好的情况下，也能自由控制炉渣 的放和留，石灰消耗也明显降低．不仅主要经济技 术指标水平好（见表 5），而且避免了因喷溅严重 造成的炉盖、炉壁沾渣现象． 表 4 不同的电弧炉和转炉的熔池形状尺寸 冶炼炉 熔池深 度，h/mm 熔池直 径，D/mm 熔池径深 比，D/h 天津钢管第一炼钢厂 150 t 电弧炉 880 6048 6.873 天津钢管第二炼钢厂 90 t 电弧炉 950 5100 5.368 安钢 100 t 电弧炉 880 5988 6.805 安钢 100 t 转炉 1170 4372 3.737 3.2 铁水热装的比例 由于熔池结构和除尘系统的局限，决定了电弧 炉采用热装铁水应该有一个最高比例，即通常所说

54 北京科技大学学报 2007年增刊1 的铁水在炉料结构中的最佳比例.当热装铁水比例 碳量高，易氧化元素硅、锰也随之增加，受选择氧 较低时，治炼速率取决于整个熔池的升温速度，增 化的影响，经常出现熔清碳高磷高的现象，造成停 加兑铁水量等于增加了熔池中的物理热和化学热， 电吹氧或停电停氧脱磷脱碳：熔清后炉渣粘稠，喷 从而加快了电弧炉的冶炼速率.随着兑铁水比例的 吹氧气时渣钢喷溅严重，水冷炉盖粘钢严重，拖圈 继续增加，熔池内碳含量也不断增加，治炼周期的 连电打漏时有发生：另外造成炉沿上涨，炉盖旋转 长短已不再取决于熔池升温速度的快慢.特别是采 困难.不但影响生产的顺利进行和工序间的稳定， 用过高的热装铁水比例以后：铁水兑入量增加，配 而且对电炉的设备也造成损害，影响冶炼周期. 表5150t和90t电弧炉主要经济技术指标 电弧炉 治炼周期/min 治炼电耗/kwht氧气消耗/(m3t) 电极消耗/kgt石灰消耗/(kgt 兑铁水 90t % 225 41 1.20 海 35%-40% 150t 45 275 1.20 58 35%~40% 然而，现代电弧炉可以不用冷废钢而100%热 要稀释炉料中的杂质元素，可以生产低氮钢以及其 装铁水，成为“电-转炉”，此时虽然还保留着电 他低有害元素的钢种， 弧炉具有的优势，如电弧加热、无渣出钢等，但不 成本约束：热装铁水效益（综合治炼成本及产 可避免地也会丧失一些电弧炉具有的特点，例如： 量利润)≥铁水量×（热装铁水成本一冷装废钢成 不能再用冷废钢：增加高炉铁水生产负担，导致环 本)· 境污染程度增加：由于熔池温度主要受化学能控制， 其他影响：①铁水代替了废钢，增加了铁水消 因而不能很容易地脱磷 耗量，会产生一系列环保影响.②需改变电弧炉熔 现代电弧炉热装铁水的合适比例按照逐渐升高 池形状，并对除尘系统进行改造，以满足提高电弧 的顺序，分析如下： 炉热装铁水比例的要求.③不容易冶炼低磷钢（磷 (1)热装铁水等量替代冷生铁，目的是利用铁 ≤0.01%（质量分数）)， 水的物理热：改变炉料的初始状态，即将炉料的部 综上所述，确定现代电弧炉采用热装铁水的比 分固态变为液态. 例，应该从要达到的目的出发，全面比较热装铁水 成本约束：热装铁水效益（综合治炼成本及产 的成本变化和热装铁水效益，结合热装铁水带来的 量利润)≥生铁量×（热装铁水成本一冷装生铁成 其他影响，综合确定 本). 3.3铁水热装方式的选择 其他影响：产量的提高，除尘系统可能要改造， 目前，采用热装铁水技术的现代电弧炉铁水热 (2)热装铁水替代冷生铁和部分废钢，目的是 装方式一般有：(1)从炉门（出渣）口兑入铁水： 在能源和原料成本的平衡上求得经济效益最大化. (2)从炉顶兑入铁水：(3)从炉后侧开口兑入铁 成本约束：热装铁水效益（综合治炼成本及产 水 量利润)≥生铁量×（热装铁水成本一冷装生铁成 上述铁水热装方式中只有方式(3)热装铁水过 本)+（铁水量一生铁量）×（热装铁水成本一冷装 程不影响电弧炉正常治炼，而且最安全.方式(1) 废钢成本)， 也是一种可供选择的热装铁水方式，但对于有炉门 其他影响：①铁水代替部分废钢，稀释了炉料 (出渣口)氧-碳枪的电弧炉，会影响炉门（出渣 中杂质元素的含量：从长远看，增大了金属资源的 口)氧-碳枪的使用， 污染面，增加了以后循环使用时的处理难度.同 3.4热装铁水温度和成分控制 时，增加铁水的消耗量，又会引起一系列环保问 综合考虑铁水运输过程温度损失以及操作顺 题.②因电弧炉熔池形状和除尘系统的局限，电弧 行，要求铁水入炉温度≥1200℃. 炉热装铁水比例受限制，需改变电弧炉熔池形状， 铁水中对电弧炉冶炼影响最大的是硅元素.如 对除尘系统也要进行较大改造.③可能产生不容易 果铁水中硅含量过高，会造成电弧炉治炼前期炉渣 脱磷的问题. 碱度低，脱磷困难：待炉渣碱度合适时，温度又升 (3)热装铁水是为了更多地甚至100%地替代 得很高，依然脱磷困难：而且炉渣稀，易侵蚀炉衬， 冷生铁和废钢，提高生产效率、降低消耗，而且还 增加补炉次数：由于硅先氧化，抑制了脱碳反应

• 54 • 北 京 科 技 大 学 学 报 2007 年 增刊 1 的铁水在炉料结构中的最佳比例．当热装铁水比例 较低时，冶炼速率取决于整个熔池的升温速度，增 加兑铁水量等于增加了熔池中的物理热和化学热， 从而加快了电弧炉的冶炼速率．随着兑铁水比例的 继续增加，熔池内碳含量也不断增加，冶炼周期的 长短已不再取决于熔池升温速度的快慢．特别是采 用过高的热装铁水比例以后：铁水兑入量增加，配 碳量高，易氧化元素硅、锰也随之增加，受选择氧 化的影响，经常出现熔清碳高磷高的现象，造成停 电吹氧或停电停氧脱磷脱碳；熔清后炉渣粘稠，喷 吹氧气时渣钢喷溅严重，水冷炉盖粘钢严重，拖圈 连电打漏时有发生；另外造成炉沿上涨，炉盖旋转 困难．不但影响生产的顺利进行和工序间的稳定， 而且对电炉的设备也造成损害，影响冶炼周期． 表 5 150 t 和 90 t 电弧炉主要经济技术指标 电弧炉 冶炼周期/min 冶炼电耗/(kWh·t−1 ) 氧气消耗/(m3 ·t−1 ) 电极消耗/(kg·t−1 ) 石灰消耗/(kg·t−1 ) 兑铁水 90 t 40 225 41 1.20 48 35%~40% 150 t 45 275 35 1.20 58 35%~40% 然而，现代电弧炉可以不用冷废钢而 100%热 装铁水，成为“电−转炉”，此时虽然还保留着电 弧炉具有的优势，如电弧加热、无渣出钢等，但不 可避免地也会丧失一些电弧炉具有的特点，例如： 不能再用冷废钢；增加高炉铁水生产负担，导致环 境污染程度增加；由于熔池温度主要受化学能控制， 因而不能很容易地脱磷． 现代电弧炉热装铁水的合适比例按照逐渐升高 的顺序，分析如下： （1）热装铁水等量替代冷生铁，目的是利用铁 水的物理热；改变炉料的初始状态，即将炉料的部 分固态变为液态． 成本约束：热装铁水效益（综合冶炼成本及产 量利润）≥生铁量×（热装铁水成本－冷装生铁成 本）． 其他影响：产量的提高，除尘系统可能要改造． （2）热装铁水替代冷生铁和部分废钢，目的是 在能源和原料成本的平衡上求得经济效益最大化． 成本约束：热装铁水效益（综合冶炼成本及产 量利润）≥生铁量×（热装铁水成本－冷装生铁成 本）+（铁水量－生铁量）×（热装铁水成本－冷装 废钢成本）． 其他影响：①铁水代替部分废钢，稀释了炉料 中杂质元素的含量；从长远看，增大了金属资源的 污染面，增加了以后循环使用时的处理难度[5]．同 时，增加铁水的消耗量，又会引起一系列环保问 题．②因电弧炉熔池形状和除尘系统的局限，电弧 炉热装铁水比例受限制，需改变电弧炉熔池形状， 对除尘系统也要进行较大改造．③可能产生不容易 脱磷的问题． （3）热装铁水是为了更多地甚至 100%地替代 冷生铁和废钢，提高生产效率、降低消耗，而且还 要稀释炉料中的杂质元素，可以生产低氮钢以及其 他低有害元素的钢种． 成本约束：热装铁水效益（综合冶炼成本及产 量利润）≥铁水量×（热装铁水成本－冷装废钢成 本）． 其他影响：①铁水代替了废钢，增加了铁水消 耗量，会产生一系列环保影响．②需改变电弧炉熔 池形状，并对除尘系统进行改造，以满足提高电弧 炉热装铁水比例的要求．③不容易冶炼低磷钢（磷 ≤0.01%（质量分数））． 综上所述，确定现代电弧炉采用热装铁水的比 例，应该从要达到的目的出发，全面比较热装铁水 的成本变化和热装铁水效益，结合热装铁水带来的 其他影响，综合确定． 3.3 铁水热装方式的选择 目前，采用热装铁水技术的现代电弧炉铁水热 装方式一般有：（1）从炉门（出渣）口兑入铁水； （2）从炉顶兑入铁水；（3）从炉后侧开口兑入铁 水． 上述铁水热装方式中只有方式（3）热装铁水过 程不影响电弧炉正常冶炼，而且最安全．方式（1） 也是一种可供选择的热装铁水方式，但对于有炉门 （出渣口）氧−碳枪的电弧炉，会影响炉门（出渣 口）氧−碳枪的使用． 3.4 热装铁水温度和成分控制 综合考虑铁水运输过程温度损失以及操作顺 行，要求铁水入炉温度≥1200℃． 铁水中对电弧炉冶炼影响最大的是硅元素．如 果铁水中硅含量过高，会造成电弧炉冶炼前期炉渣 碱度低，脱磷困难；待炉渣碱度合适时，温度又升 得很高，依然脱磷困难；而且炉渣稀，易侵蚀炉衬， 增加补炉次数；由于硅先氧化，抑制了脱碳反应

Vol.29 Suppl.1 孙开明等：现代电弧炉炼钢热装铁水技术的再认识 55 待硅氧化完毕后，脱碳反应开始，此时熔池钢水温 效益，提出结合热装铁水带来的负面影响，确定现 度因硅氧化已经升得很高，脱碳反应会十分激烈且 代电弧炉采用热装铁水的比例 集中（大沸腾），造成热损失大，喷溅严重，甚至 (4)现代电弧炉铁水热装最佳方式是从炉后侧 会酿成事故，因此，一般要求热装铁水中硅质量分 开口兑入铁水：铁水温度≥1200℃：铁水中硅质量 数≤1.0%，最好≤0.5%. 分数≤1.0%，最好≤0.5%. 4结论 参考文献 [川周建男.钢铁生产工艺装备新技术.北京：治金工业出版社， (1)由于电弧炉炼钢功能的分化、治炼周期缩 2004 2]傅杰，朱荣.我国电炉炼钢的发展现状与前景2006年全国 短、生产效率提高的超高功率电弧炉及其相关技术 炼钢、连铸生产技术会议文集.北京：治金工业出版社，2006 的发展，使电弧炉炼钢技术从传统型转变成现代型. [3)】孙开明，温德松，张露.1501电炉连铸流程技术改造及创新实 (2)现代电弧炉采用热装铁水技术获得了很大 践/中国钢铁年会论文集.北京：治金工业出版社，2005 的经济效益，用热装铁水大量代替废钢，扩大了电 [4]李士琦.关于电炉炼钢能量问趣的讨论∥中国电炉流程与工 弧炉治炼钢种范围，但也对金属资源和环境产生了 程技术文集.北京：治金工业出版社，2005 ·系列影响. [5】徐匡迪。电炉短流程回顾和发展中的若干问趣∥中国电炉流 (3)全面比较热装铁水的成本变化和热装铁水 程与工程技术文集.北京：治金工业出版社，2005 Re-understanding for modern EAF steel-making of charging hot metal SUN Kaiming),Zhang Lu2,WEN Desong?) 1)Metallurgical and Ecological Engineering School,University of Sciences and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Tianjin Pipe Co.,Tianjin 300301,China ABSTRACT According to Tianjin Pipe practice of charging hot metal to a modern electric arc furnace,it was known that the hot metal charging technology could increase the economic benefit and expand the EAF steel grads.Compared the traditional arc furnace with the oxygen converter,the depth of the pool of a modern EAF should be between the EAF's and the basic oxygen converter's.Compared the changes of the cost with the profit and the negative influence of charging hot metal,the proportion of the charging hot metal was determined.The best place to charge hot metal into a modern EAF was the back of the opening acidic.The temperature of the hot metal should be higher than 1200C.Silicon in hot metal should be lower than 1.0%(mass fraction),and the best should be lower than 0.5%. KEY WORDS EAF steel-making:hot metal charging:high efficiency

Vol.29 Suppl.1 孙开明等：现代电弧炉炼钢热装铁水技术的再认识 • 55 • 待硅氧化完毕后，脱碳反应开始，此时熔池钢水温 度因硅氧化已经升得很高，脱碳反应会十分激烈且 集中（大沸腾），造成热损失大，喷溅严重，甚至 会酿成事故．因此，一般要求热装铁水中硅质量分 数≤1.0%，最好≤0.5%． 4 结论 （1）由于电弧炉炼钢功能的分化、冶炼周期缩 短、生产效率提高的超高功率电弧炉及其相关技术 的发展，使电弧炉炼钢技术从传统型转变成现代型． （2）现代电弧炉采用热装铁水技术获得了很大 的经济效益．用热装铁水大量代替废钢，扩大了电 弧炉冶炼钢种范围，但也对金属资源和环境产生了 一系列影响． （3）全面比较热装铁水的成本变化和热装铁水 效益，提出结合热装铁水带来的负面影响，确定现 代电弧炉采用热装铁水的比例． （4）现代电弧炉铁水热装最佳方式是从炉后侧 开口兑入铁水；铁水温度≥1200℃；铁水中硅质量 分数≤1.0%，最好≤0.5%． 参 考 文 献 [1] 周建男. 钢铁生产工艺装备新技术. 北京: 冶金工业出版社， 2004 [2] 傅杰，朱荣. 我国电炉炼钢的发展现状与前景 //2006 年全国 炼钢、连铸生产技术会议文集. 北京：冶金工业出版社，2006 [3] 孙开明，温德松，张露. 150t 电炉连铸流程技术改造及创新实 践 //中国钢铁年会论文集. 北京：冶金工业出版社，2005 [4] 李士琦. 关于电炉炼钢能量问题的讨论 //中国电炉流程与工 程技术文集. 北京：冶金工业出版社，2005 [5] 徐匡迪. 电炉短流程回顾和发展中的若干问题 //中国电炉流 程与工程技术文集. 北京：冶金工业出版社，2005 Re-understanding for modern EAF steel-making of charging hot metal SUN Kaiming1), Zhang Lu2) ,WEN Desong2) 1) Metallurgical and Ecological Engineering School, University of Sciences and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Tianjin Pipe Co., Tianjin 300301, China ABSTRACT According to Tianjin Pipe practice of charging hot metal to a modern electric arc furnace, it was known that the hot metal charging technology could increase the economic benefit and expand the EAF steel grads. Compared the traditional arc furnace with the oxygen converter, the depth of the pool of a modern EAF should be between the EAF’s and the basic oxygen converter’s. Compared the changes of the cost with the profit and the negative influence of charging hot metal, the proportion of the charging hot metal was determined. The best place to charge hot metal into a modern EAF was the back of the opening acidic. The temperature of the hot metal should be higher than 1200℃. Silicon in hot metal should be lower than 1.0% (mass fraction), and the best should be lower than 0.5%. KEY WORDS EAF steel-making; hot metal charging; high efficiency